React Fiber 架構(gòu)詳解：為什么它能解決頁面卡頓問題？

本文從問題與目標(biāo)、核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、調(diào)度與中斷、渲染階段與提交階段、優(yōu)先級與 lanes、并發(fā)特性到常見誤區(qū)與優(yōu)化建議，全景式拆解 React Fiber，為何它能夠顯著降低交互卡頓并提升可響應(yīng)性。

TL;DR

• Fiber 將渲染過程切成可中斷的小任務(wù)并在合適的時機(jī)繼續(xù)執(zhí)行
• 通過優(yōu)先級與 lanes 模型，優(yōu)先處理緊急交互，延遲非關(guān)鍵更新
• 渲染分兩階段：可打斷的 render 與一次性提交的 commit，DOM 變更集中且短促
• 調(diào)度器以時間片與讓渡機(jī)制避免長任務(wù)阻塞主線程，從而減少卡頓
• 并發(fā)特性如 useTransition、Suspense、選擇性水合都建立在 Fiber 能力之上

卡頓的來源與架構(gòu)目標(biāo)

• 來源：長耗時任務(wù)阻塞事件處理與動畫幀，渲染與計算無法及時讓出主線程
• 目標(biāo)：將更新拆解為細(xì)粒度單元，基于優(yōu)先級可中斷、可恢復(fù)且可重試的執(zhí)行模型
• 兼容：保留類組件與函數(shù)組件的語義，支持 SSR、Hydration 與后續(xù)擴(kuò)展

Fiber 的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

每個 Fiber 對應(yīng)一次渲染過程中的“工作單元”，以鏈表樹結(jié)構(gòu)組織:

type Lane = number
interface Fiber {
  tag: number
  key: null | string
  type: any
  stateNode: any
  return: Fiber | null
  child: Fiber | null
  sibling: Fiber | null
  alternate: Fiber | null
  lanes: Lane
  flags: number
  memoizedProps: any
  memoizedState: any
  updateQueue: any
}

• child 與 sibling：鏈?zhǔn)綐浔闅v更適合增量執(zhí)行
• alternate：當(dāng)前樹與待提交的工作樹雙緩沖切換
• lanes 與 flags：控制優(yōu)先級與記錄副作用

兩階段模型：render 與 commit

• render 階段：構(gòu)建工作樹、計算變更列表，允許中斷與恢復(fù)
• commit 階段：一次性將變更應(yīng)用到 DOM 與副作用，盡量短小
• 好處：長計算不阻塞瀏覽器事件與動畫，提交階段集中且可控

調(diào)度與時間片：避免長任務(wù)阻塞

• 以切片執(zhí)行的工作循環(huán)進(jìn)行遍歷，接近以下偽代碼:

let workInProgress: Fiber | null = null
function shouldYield() {
  return performance.now() >= deadline
}
function workLoop() {
  while (workInProgress && !shouldYield()) {
    workInProgress = performUnitOfWork(workInProgress)
  }
  if (workInProgress) scheduleNextTick(workLoop)
}

• 通過 shouldYield 在每個單元之間檢查是否需要讓渡控制權(quán)
• 調(diào)度器依據(jù)任務(wù)的 lanes 與瀏覽器空閑時間安排后續(xù)執(zhí)行

優(yōu)先級與 lanes：誰更重要先做誰

• lanes 是位掩碼表示的多優(yōu)先級融合模型
• 高優(yōu)先級任務(wù)包含輸入響應(yīng)與選擇性水合，低優(yōu)先級用于非關(guān)鍵渲染
• 多任務(wù)可歸并到 lanes，調(diào)度器據(jù)此選擇下一個單元

為什么能緩解卡頓

• 將不可打斷的同步樹遍歷改造為可暫停的單元工作
• 遇到輸入事件或動畫幀時及時讓渡，保障主線程響應(yīng)
• 區(qū)分緊急與非緊急更新，減少無關(guān)變更搶占時間片
• commit 階段將 DOM 變更批量一次性應(yīng)用，縮短布局與繪制沖擊

并發(fā)特性與 Fiber 的關(guān)系

• useTransition 與 startTransition：將更新標(biāo)記為非緊急，排在緊急交互之后
• Suspense：在資源未就緒時掛起某些子樹，避免阻塞頁面可交互區(qū)域
• 選擇性水合：SSR 下優(yōu)先水合用戶交互路徑上的組件
• useDeferredValue：推遲昂貴的派生計算以保證輸入響應(yīng)速度

工作循環(huán)與單元執(zhí)行

function performUnitOfWork(fiber: Fiber): Fiber | null {
  beginWork(fiber)
  if (fiber.child) return fiber.child
  let node: Fiber | null = fiber
  while (node) {
    completeWork(node)
    if (node.sibling) return node.sibling
    node = node.return
  }
  return null
}

• beginWork 生成子節(jié)點(diǎn)與比較 props
• completeWork 構(gòu)建副作用列表與準(zhǔn)備提交信息
• 在每個單元之間檢查讓渡條件，實(shí)現(xiàn)可中斷的深度優(yōu)先遍歷

典型場景與實(shí)踐

• 大列表渲染：結(jié)合虛擬滾動與并發(fā)更新，輸入滾動時保持流暢
• 復(fù)雜表單輸入：將非關(guān)鍵重排與昂貴計算置于過渡更新
• 數(shù)據(jù)獲取與占位：用 Suspense 顯示骨架屏并保持交互域可用
• SSR 水合：優(yōu)先水合導(dǎo)航與交互區(qū)域，其余延后進(jìn)行

常見誤區(qū)

• 認(rèn)為 Fiber 自動優(yōu)化所有卡頓。若 render 執(zhí)行中包含長耗時同步邏輯，仍會占用時間片
• 在 commit 階段做重計算或強(qiáng)制同步布局會導(dǎo)致幀率下降
• 不當(dāng)?shù)念l繁狀態(tài)變更會增加任務(wù)競爭，需進(jìn)行歸并與降頻
• 忽視 keys 與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會增加無效重建

性能建議

• 用 useTransition 或批處理分離緊急與非緊急更新
• 將昂貴計算移動到 memo 化或后臺任務(wù)，減少 render 成本
• 控制 commit 的 DOM 變更數(shù)量與粒度，避免反復(fù)測量布局
• 優(yōu)化列表與表格，采用虛擬化與分塊渲染
• 使用 Profiler 與 Performance 工具定位長任務(wù)與熱點(diǎn)組件

總結(jié)

Fiber 的核心價值是以可中斷、可恢復(fù)的增量執(zhí)行模型替代不可分割的同步渲染。它結(jié)合優(yōu)先級與時間片調(diào)度，將緊急交互放在首位，并通過分階段提交降低 DOM 變更的集中沖擊。理解 Fiber 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、工作循環(huán)與并發(fā)特性，有助于在真實(shí)項(xiàng)目中系統(tǒng)性地治理卡頓問題并提升整體可響應(yīng)性。

進(jìn)階解析：優(yōu)先級體系與 lanes 細(xì)節(jié)

• React 18 將早期的 Scheduler 優(yōu)先級（Immediate/UserBlocking/Normal/Low/Idle）抽象為 lanes；一個更新可以占用多個 lanes
• lanes 使用位掩碼，便于合并與比較；渲染時選擇最高優(yōu)先級的 lane 作為下一幀的工作目標(biāo)
• 離散事件（點(diǎn)擊、輸入）通常賦予高優(yōu)先級；連續(xù)事件（滾動、鼠標(biāo)移動）優(yōu)先級較低并可被打斷
• 協(xié)調(diào)策略：
  • 合并同類型低優(yōu)更新，減少重復(fù)工作
  • 當(dāng)高優(yōu)更新到來時，打斷當(dāng)前 render，保存現(xiàn)場并優(yōu)先處理高優(yōu)
  • 超時控制避免低優(yōu)任務(wù)長期饑餓

雙緩沖與副作用標(biāo)記

• 雙緩沖：current 指向已提交的樹；workInProgress 是正在構(gòu)建的工作樹，二者通過 alternate 互為鏡像
• 副作用標(biāo)記（flags）記錄節(jié)點(diǎn)的變更類型（Placement/Update/Deletion 等）
• render 階段構(gòu)建副作用鏈表，commit 階段按序遍歷執(zhí)行，確保 DOM 變更集中完成

被打斷的渲染如何恢復(fù)

• 渲染在單元邊界處可暫停，恢復(fù)時從上次的 workInProgress 繼續(xù)
• bailout：若某子樹 props/state 未變化或 shouldComponentUpdate/React.memo 判定無需更新，則跳過子樹計算
• 重試與掛起：配合 Suspense 對未就緒數(shù)據(jù)的子樹進(jìn)行掛起，數(shù)據(jù)可用后再重試該子樹

并發(fā)渲染與用戶體驗(yàn)

• 并發(fā)渲染不是并行執(zhí)行，而是允許在同一線程的不同時間片中交替推進(jìn)多個樹的渲染
• 用戶可見區(qū)域優(yōu)先：借助優(yōu)先級與選擇性水合，優(yōu)先渲染交互路徑上的組件，降低首屏交互延遲
• 資源阻塞治理：Suspense 將依賴資源的子樹掛起，用占位/骨架提升感知速度，避免整頁卡住

調(diào)度器內(nèi)部要點(diǎn)

• 時間片長度根據(jù)環(huán)境動態(tài)調(diào)整，瀏覽器與 Node 環(huán)境采用不同的定時/消息通道策略
• 在支持的瀏覽器中可利用 navigator.scheduling.isInputPending() 判斷是否存在待處理的輸入事件，從而更積極地讓渡
• 微任務(wù)與宏任務(wù)配合，確保任務(wù)隊(duì)列與渲染隊(duì)列之間的公平性，避免某一方長時間獨(dú)占

代碼示例：用過渡更新緩解輸入卡頓

import { useMemo, useTransition, useState } from 'react'
export default function FilterList({ items }: { items: string[] }) {
  const [query, setQuery] = useState('')
  const [isPending, startTransition] = useTransition()
  const filtered = useMemo(() => {
    const q = query.toLowerCase()
    return items.filter(i => i.toLowerCase().includes(q))
  }, [items, query])
  return (
    <div>
      <input
        value={query}
        onChange={e => {
          const v = e.target.value
          startTransition(() => setQuery(v))
        }}
        placeholder="輸入過濾關(guān)鍵詞"
      />
      {isPending && <span>計算中…</span>}
      <ul>
        {filtered.map(i => <li key={i}>{i}</li>)}
      </ul>
    </div>
  )
}

• 將 setQuery 放入 startTransition，把過濾計算標(biāo)記為非緊急更新，輸入響應(yīng)優(yōu)先不卡頓

代碼示例：Suspense 與數(shù)據(jù)就緒的掛起

function UserCard() {
  const user = useUserResource() // 內(nèi)部拋出 Promise，待數(shù)據(jù)就緒再繼續(xù)渲染
  return <div>{user.name}</div>
}
export default function Page() {
  return (
    <Suspense fallback={<Skeleton />}>
      <UserCard />
    </Suspense>
  )
}

• 未就緒時渲染 fallback，就緒后恢復(fù)渲染子樹；配合 Fiber 的可中斷模型提升感知速度

SSR 與選擇性水合

• React 18 的流式 SSR 將 HTML 分塊輸出，客戶端根據(jù)用戶交互路徑優(yōu)先水合必要組件
• 選擇性水合避免一次性水合整棵樹導(dǎo)致的主線程擁塞，優(yōu)先保證可點(diǎn)擊/可輸入?yún)^(qū)域

診斷與優(yōu)化清單

• 渲染開銷：
  • 使用 Profiler 捕獲長耗時組件
  • 用 memo/useMemo/useCallback 控制派生與重建
• 提交階段：
  • 合并 DOM 變更，避免在 commit 中進(jìn)行昂貴計算或強(qiáng)制布局
  • 減少同步測量與多次讀寫交錯導(dǎo)致的布局抖動
• 任務(wù)競爭：
  • 將非關(guān)鍵更新放入 useTransition 或批處理
  • 對頻繁狀態(tài)用節(jié)流/防抖或批量歸并
• 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性：
  • 正確使用 key，減少無謂 diff 與重排
  • 列表/表格采用虛擬化與分塊渲染

常見反模式與替代方案

• 在渲染或副作用中執(zhí)行大循環(huán)或密集計算，可改為后臺 Worker 或增量計算
• 在 useEffect 中頻繁、同步地讀取布局并寫入樣式，改為批量讀后批量寫或轉(zhuǎn)移到動畫幀
• 不區(qū)分緊急/非緊急更新導(dǎo)致輸入抖動，使用 startTransition 分離

小結(jié)與實(shí)踐建議

• 評估場景：是否存在長列表、復(fù)雜派生、頻繁交互或數(shù)據(jù)阻塞
• 策略組合：優(yōu)先級劃分 + 并發(fā)渲染 + 占位與水合 + 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
• 工具鏈：Profiler、Performance、Lighthouse 聯(lián)合定位瓶頸，結(jié)合日志采樣觀察真實(shí)終端表現(xiàn)

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